プラズマエッチングにおけるナノメートル層ダメージ形成の機構解明と制御

等离子刻蚀纳米层损伤形成机理及控制

基本信息

批准号：
12J00516
负责人：
伊藤智子
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至 2013
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J00516/
关键词：
プラズマエッチングプラズマエッチングイオンビーム

项目摘要

デバイスの微細化に伴い、プラズマエッチングの際に生じる数ナノメートル程度のダメージの存在がデバイス特性を劣化させるものとして無視できないものとなっており、これからの微細化プロセスの開発はダメージ形成機構も解明する必要がある。プラズマエッチング起因するダメージは様々なものがあるが、半導体材料であるSiおよび磁性体材料であるCoおよびFe表面に形成されるダメージ層は素子特性劣化の原因となる。本研究では、イオンビーム装置を用いてフラックスおよびエネルギーを制御したイオンビーム照射を行ない、エッチングイールド、反応生成物測定および表面分析を通して、イオン照射時に表面で起きている反応(主にダメージ生成に関する反応)を明らかにした。プラズマエッチングにおけるSi表面のダメージ生成に関しては、水素イオンビーム照射実験の結果から、水素イオン照射によるダメージ層の深さは、入射角度に依存せず、Si結晶の奥深くまでダメージが形成されることを明らかにした。また、SiFx^+照射によるSiのエッチングイールド測定から、入射イオンに含まれるハロゲン原子の数が多いほど高いイールドを示し、また、Siイオンのみ照射によりSi表面に堆積が起きることから、入射イオンに含まれるSi原子がSi表面にデポジションすることでイールドが低下することを明らかにした。CH_3OHプラズマ中の活性種(CO^+イオン)照射による磁性材料(Co, Ni)のエッチング特性および酸化反応メカニズムの解明に関しては、物理的スパッタによりエッチングが進行していることを明らかにした。以上のような材料種や反応種毎のエッチングイールドやイオンビーム照射による表面分析の詳細な基礎データを取得は、プラズマと固体表面の反応の理解に必要不可欠であり、エッチング形状シミュレーションやダメージ低減プロセスの開発への提言が可能になると考えられる。

随着设备的微型化，由于设备特征的降解，在等离子体蚀刻过程中发生的几种纳米损伤的存在，并且未来的微型化过程的发展也将需要确定损害形成机制。血浆蚀刻会引起各种损害，但是在SI表面形成的损伤层是半导体材料，CO和FE，是磁性材料，会导致设备特性的恶化。在这项研究中，使用离子束装置进行了带有控制通量的离子束照射，并通过蚀刻产量，反应产物测量和表面分析揭示了在离子辐照过程中表面上发生的反应（主要与损伤产生）。关于血浆蚀刻过程中Si表面损伤的产生，氢离子束辐照实验的结果表明，由氢离子辐照引起的受损层的深度不取决于入射角，并且损伤深入Si晶体。此外，SIFX^+辐照的Si蚀刻产率表明，入射离子中包含的卤素原子的产量越高，并且当仅辐照Si离子时，沉积发生在Si表面上，并且当Si原子沉积在SI表面上的Si原子时，产率降低。关于通过在CH_3OH等离子体中的活性物质（CO^+离子）照射磁性材料的蚀刻特性和氧化反应机理，据显示，蚀刻是通过物理溅射而进行的。使用每个材料物种和反应物种的蚀刻产率以及离子束照射获得表面分析的详细基本数据，对于理解血浆和固体表面之间的反应至关重要，并且可以认为可以为开发蚀刻形状模拟和损害减少过程提供建议。